JPH06221775A - 溶解鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 水冷リング１２上にサスペンションリング１
４が設けられ、その上にダムリング１８が開口１６と同
心円状に配置されている。ビレット２４は誘導コイル２
２により加熱され、溶湯２６となり、開口から出湯され
る。溶解スペース２０の上部と下部に、それぞれリング
状の黒鉛製の磁気シールド部材４０、４２がコイルの内
周に沿って周回するように設けられている。上部の磁気
シールド部材は、溶湯の上部に加えられるピンチ力及び
溶湯撹拌力を抑制する。この磁気シールド部材は誘導加
熱されて発熱するが、この輻射熱によって溶湯の上部が
加熱される。下部の磁気シールド部材は、ビレット又は
溶湯の下部に加えられる誘導加熱の表皮効果を抑制す
る。 【効果】 溶湯上部の磁気シールド部材の作用により、
溶湯の形状が安定化し、溶湯の乱れが少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴｉ、Ｚｒあるいはそれ
らの合金等の活性金属や、ＮｂやＮｂ合金等の高融点金
属の溶解に用いるのに好適な溶解鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性金属の溶解法としてカルシア（Ｃａ
Ｏ）るつぼを用いた誘導溶解法が提案されているが、Ｃ
ａＯるつぼと溶湯の反応は皆無ではなく、酸素が僅かな
がら混入する。また、ＣａＯるつぼでは高融点金属（Ｎ
ｂ合金等：融点２２００℃以上）の溶解は不可能であ
る。

【０００３】活性金属や高融点金属の別の溶解鋳造装置
として、真空アーク溶解炉、プラズマアーク溶解炉、電
子ビーム溶解炉あるいは誘導スカル溶解炉がある。これ
らは、水冷銅るつぼを用いるものであるため、耐火物る
つぼを用いる方法に比べて、るつぼからの溶湯汚染が少
ないという利点を有する。その反面、 るつぼ内に厚いスカルが形成されるため出湯効率が
低い。 側面及び底面を水冷する水冷銅るつぼを用いるた
め、溶湯を高度に加熱する（スーパーヒート）ことが困
難である。 るつぼ底部で解け残りが生じ易く、スカルはるつぼ
底部に多く形成され、るつぼ内で局在化するため、得ら
れる溶湯の組成は、目標とする配合組成に対してズレが
生じ易く、成分調整が困難である。といった欠点を有す
る。

【０００４】このような欠点のない溶解鋳造装置とし
て、近年、レビテーション溶解鋳造装置が提案されてい
る（例えば「バウンダリー」1992年11月号，P.１０〜１
３，ADVANCED MATERIAL & PROCESSES ３／９１，P.４２
〜４５など）。この溶解鋳造装置は、出湯用の開口を板
央部に有しており、該板央部の上面側が被溶解材料をセ
ットするための溶解スペースとなっている水冷ベースプ
レートと、該溶解スペースを取り囲んでいる誘導加熱用
のコイルと、を備えてなるものである。

【０００５】このレビテーション溶解鋳造装置におい
て、水冷ベースプレート上にインゴットを載せ、誘導コ
イルで誘導加熱すると、やがてインゴットが溶融し、該
ベースプレートの出湯用開口を通って下方へ流出し、鋳
型に注ぎ込まれる。なお、コイルに通電したときにイン
ゴットに生じる誘導電流は主としてインッゴトの外周面
に沿って流れる。（これは、「表皮効果」と称される現
象である。）また、コイル通電によって生じる磁束の密
度は、コイルの高さ方向の中間部が最も高い。そのた
め、コイルに通電を開始すると、インゴットは高さ方向
の外周部から溶解を開始し、この溶解は上下及びインゴ
ットに向かって拡大する。

【０００６】この溶解中には、交番コイル電流による磁
場と電流誘導による金属表皮電流との反発力（ローレン
ツ斥力）により、溶湯に対し上方へしぼり上げるように
ピンチ力が働く。このピンチ力により、溶湯は側外方へ
拡がることが阻止される。なお、コイルからの磁界によ
り、溶湯に対しては上記ピンチ力のほかに電磁撹拌力も
付与される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の溶解鋳造装置に
おいては、溶湯に付与されるピンチ力を大きくするため
にコイルへの通電電流値を大きくすると、溶湯に加えら
れる電磁撹拌力も大きくなり、溶湯上部が揺れ動き、溶
湯形状が不安定になる。そして、溶湯の揺れ動きがあま
りに激しくなると、溶湯がコイルや、コイル内周に沿っ
てコイルカバーが設けられている場合には該コイルカバ
ーに接触するおそれがある。また、この接触により溶湯
が汚染されるおそれがある。

【０００８】溶湯の下部においては、表皮効果によりイ
ンゴットの外周の方が中心部よりも早く溶解する傾向が
あるため、インゴット底面の中央が溶解するのに先行し
てインゴット底面の外周側が溶解することがある。この
ような場合には、生じた溶湯が水冷ベースプレートの出
湯用開口の縁を伝わって流れ落ちることになり、溶湯の
落下位置が一定しないという問題が生じる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の溶解鋳造装置
は、出湯用の開口を板央部に有しており、該板央部の上
面側が被溶解材料をセットするための溶解スペースとな
っている水冷ベースプレートと、該溶解スペースを取り
囲んでいる誘導加熱用のコイルと、を備えてなる溶解鋳
造装置において、該溶解スペースの上部及び下部の少な
くとも一方に、前記コイルの内周に沿って磁気シールド
部材を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】なお、磁気シールド部材としては黒鉛製の
ものが好適である。溶解電源の周波数、溶解出力、溶解
原料（インゴット）の量、形状にもよるが、磁気シール
ド材は厚さを４〜２０ｍｍ、厚さを５〜５０ｍｍ程度と
するのが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明の溶解鋳造装置において、溶解スペース
の上部に磁気シールド部材を設けると、溶湯上部に加え
られるピンチ力及び溶湯撹拌力が小さくなり、溶湯形状
が安定化する。なお、磁気シールド部材が誘導加熱され
て発熱すると、この磁気シールド部材からの輻射熱によ
り溶湯上部が補助的に加熱される。

【００１２】溶解スペースの下部に磁気シールド部材を
設けると、インゴット下部の誘導加熱の表皮効果が抑制
される。これにより、インゴット底部付近におけるイン
ゴット中心から外周部にかけての温度勾配がなだらかに
なる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して実施例について説明す
る。第１図は本発明の実施例に係る溶解鋳造装置の縦断
面図である。水冷ベースプレート１０は、水冷リング１
２と、該水冷リング１２の上側に密着配置されたサスペ
ンションリング１４とで構成されており、該サスペンシ
ョンリング１４の中央に溶湯を出湯させるための開口１
６が設けられている。この開口１６と同心円状に耐火材
料製のダムリング１８が設けられている。このサスペン
ションリング１４の上側の領域が溶解スペース２０とな
っており、この溶解スペース２０を取り巻くように誘導
コイル２２が設けられている。

【００１４】このように構成された溶解鋳造装置におい
て、溶解材料のビレット２４がサスペンションリング１
４上に設置され、誘導コイル２２に高周波交番電流を流
すことによりビレット２４を高周波誘導加熱する。この
ビレット２４は、その高さ方向の途中部分の外周面部分
が最も早く溶解を開始し、この溶解部分が上下及びビレ
ット中心方向に拡がる。溶湯２６に対しては、誘導コイ
ル２２からの磁場と電磁誘導による金属表皮電流との反
発力により、溶湯を挟み付けて上方へ持ち上げる力が働
く。このピンチ力により、溶湯２６は、第１図に示す如
く中央が盛り上がった尖頭形状となる。

【００１５】本実施例では、溶解スペース２０の上部と
下部に、それぞれリング状の黒鉛製の磁気シールド部材
４０、４２がコイル２２の内周に沿って周回するように
設けられている。下部の磁気シールド部材４２の内周に
沿って前記ダムリング１８が配置されている。

【００１６】上部の磁気シールド部材４０は、溶湯２６
の上部に加えられるピンチ力及び溶湯撹拌力を抑制す
る。この磁気シールド部材４０は誘導加熱されて発熱す
るが、この輻射熱によって溶湯２６の上部が加熱され
る。

【００１７】下部の磁気シールド部材４２は、ビレット
２４又は溶湯２６の下部に加えられる誘導加熱表皮効果
を抑制する。

【００１８】本実施例では、耐火材料製のダムリング１
８が磁気シールド部材４２の内周に設けられているた
め、磁気シールド部材４２の輻射熱はビレット２４又は
溶湯２６に加えられない。（遮蔽される。）したがっ
て、溶解しつつあるビレット２４の底部における中心か
ら外周にかけての温度勾配が小さくなる。サスペンショ
ンリング１４は、その外周側ほど水冷リング１２で強力
に冷却されるため、ビレット２４の底面は開口１６に対
面する部分において溶解が開始し、溶湯２６はこの開口
１６を通って矢印Ａの如く流れ落ちる。

【００１９】ところで、この溶湯２６の下端部に加えら
れる重力により、溶湯２６はその下部が横に拡がろうと
する。本実施例では、ダムリング１８が設けられている
ため、この溶湯２６はダムリング１８よりも側方には拡
がらない。

【００２０】なお、サスペンションリング１４は水冷リ
ング１２で水冷されているため、このサスペンションリ
ング１４の表面には金属が薄皮の如く残留するが、その
他の金属はすべて溶湯となって鋳型に向って流出する。

【００２１】この溶解鋳造装置によると、高周波誘導加
熱により高出力短時間溶解が可能であるため、耐火材よ
りなるダムリング１８との反応時間が短く、溶湯は殆ど
汚染されない。また、溶湯２６はピンチ力により主とし
て保持されており、ダムリング１８との接触面積はきわ
めて小さく、これによっても溶湯の汚染がきわめて少な
いものとなっている。

【００２２】この溶解鋳造装置にあっては、開口１６の
直径を変えることにより、溶湯保持時間や、溶湯の温度
をコントロールすることが可能である。また、これによ
り、鋳物の湯回り、鋳型との反応性の制御が可能とな
る。

【００２３】この溶解鋳造装置にあっては、開口１６か
ら鋳込む底注式であるため、残留する金属量がきわめて
少なく、出湯効率が高い。この溶解鋳造装置は、構造が
非常に簡易であり、設備的にも安価である。

【００２４】上記実施例ではダムリング１８を耐火材製
としているが、この耐火材の材質としては、耐熱性に優
れ、熱力学的に安定なカルシア（酸化カルシウム）又は
イットリア（酸化イットリウム）などが好適である。

【００２５】第２図は本発明の別の実施例に係る溶解鋳
造装置の縦断面図である。本実施例では、ダムリング１
８Ａがサスペンションリング１４と一体に設けられてい
る。このダムリング１８Ａは磁気シールド部材としての
機能も有している。このダムリング１８Ａは、サスペン
ションリング１４と同様に水冷リング１２で冷却されて
いるため、溶湯に浸食されることはない。このダムリン
グ１８Ａの内面には、金属が薄皮の如く残る。

【００２６】なお、このダムリング１８Ａは、サスペン
ションリング１４と別体の例えば銅製のものをろう付け
により接合したものであっても良い。

【００２７】このダムリング１８Ａに、誘導コイル２２
からの磁界により周回方向に電流が流れることを防止す
るために第３図及び第４図に示す如く、ダムリング１８
Ａに、周方向に所定間隔をおいてスリット３０を設けて
いる。また、このスリット３０に対しては、耐火材料３
２を充填しているが、この耐火材料３２は省略されても
良い。この耐火材料３２としては、電気絶縁性を有する
ものを用いる。この耐火材料としては、上記ダムリング
１８の構成材料と同様に、カルシアやイットリアが好適
である。

【００２８】第２図の溶解鋳造装置にあっては、溶湯が
カルシア、イットリア等の耐火材料と全く接触しない
か、又は接触してもその接触面積はきわめて小さいた
め、溶湯の汚染は皆無又は極微量のものとなる。

【００２９】また、溶解雰囲気を任意に選択でき、例え
ば真空あるいはＡｒ１気圧とすることができる。このた
め、Ａｒの巻き込みによる鋳造欠陥をなくすことが可能
である。

【００３０】

【発明の効果】以上の通り、本発明の溶解鋳造装置によ
ると、溶湯スペースの上部に設けた磁気シールド部材の
作用により、溶湯の形状が安定化し、溶湯の乱れが少な
くなる。また、溶湯スペースの下部に設けた磁気シール
ド部材の作用により、誘導加熱の表皮効果を抑制し、注
湯位置をコントロールすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例装置を示す縦断面図である。

【図２】別の実施例装置を示す縦断面図である。

【図３】サスペンションリングの斜視図である。

【図４】図３のIV−IV線に沿う縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 水冷ベースプレート １２ 水冷リング １４ サスペンションリング １６ 開口 １８，１８Ａ ダムリング ２２ 誘導コイル ２４ ビレット ２６ 溶湯 ４０，４２ 磁気シールド部材

フロントページの続き (72)発明者 伴野 潔 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出湯用の開口を板央部に有しており、該
   板央部の上面側が被溶解材料をセットするための溶解ス
   ペースとなっている水冷ベースプレートと、 該溶解スペースを取り囲んでいる誘導加熱用のコイル
   と、を備えてなる溶解鋳造装置において、 該溶解スペースの上部及び下部の少なくとも一方に、前
   記コイルの内周に沿って磁気シールド部材を設けたこと
   を特徴とする溶解鋳造装置。